平衡機的基礎知識

一. 平衡機概述

平(ping)衡(heng)機是測(ce)量(liang)(liang)旋(xuan)轉物體(轉子)不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)(liang)大小和位置(zhi)的機器。

任何轉子在圍繞其軸線旋轉時，由于相對于軸線的質量分布不均勻而產生離心力。這種不平衡離心力作用在轉子軸承上會引起振動，產生噪聲和加速軸承磨損，以致嚴重影響產品的性能和壽命。江津電機轉子(zi)、機(ji)床主(zhu)軸、內燃機(ji)曲軸、汽輪(lun)機(ji)轉子(zi)、陀螺轉子(zi)和鐘(zhong)表(biao)擺輪(lun)等旋轉零(ling)部件在制(zhi)造(zao)過程(cheng)中，都需要經(jing)過平衡才能(neng)平穩正常地運轉。

根據(ju)平(ping)(ping)衡機測出的(de)數據(ju)對轉(zhuan)子(zi)的(de)不(bu)平(ping)(ping)衡量(liang)進行(xing)校正，可改善轉(zhuan)子(zi)相(xiang)對于軸(zhou)線(xian)的(de)質量(liang)分布，使轉(zhuan)子(zi)旋轉(zhuan)時產生的(de)振(zhen)動或作用于軸(zhou)承上的(de)振(zhen)動力減少到允(yun)許的(de)范圍之內(nei)。因此，平(ping)(ping)衡機是減小振(zhen)動、改善性(xing)能和提高質量(liang)的(de)必不(bu)可少的(de)設備。

通常，轉子(zi)的(de)(de)平(ping)(ping)衡包(bao)括不平(ping)(ping)衡量(liang)的(de)(de)測量(liang)和校(xiao)正(zheng)兩個(ge)步(bu)驟(zou)，平(ping)(ping)衡機(ji)主要用于不平(ping)(ping)衡量(liang)的(de)(de)測量(liang)，而(er)不平(ping)(ping)衡量(liang)的(de)(de)校(xiao)正(zheng)則往往借助于鉆床、銑床和點焊機(ji)等其(qi)他(ta)輔助設備，或用手工方(fang)法完成。有些平(ping)(ping)衡機(ji)已將校(xiao)正(zheng)裝(zhuang)置做成為平(ping)(ping)衡機(ji)的(de)(de)一個(ge)部分。

重力式平(ping)(ping)衡(heng)機和(he)離心力式平(ping)(ping)衡(heng)機是兩類典型的(de)平(ping)(ping)衡(heng)機。

1. 重力式(shi)平衡機(ji)一般稱為靜(jing)平衡機(ji)。

它是依賴轉子(zi)自身的重力作用來測量靜不平衡的。

置于兩根水平導軌上(shang)的(de)轉(zhuan)子(zi)如(ru)有不(bu)平衡(heng)量，則(ze)它對軸線的(de)重力矩(ju)使轉(zhuan)子(zi)在導軌上(shang)滾動，直(zhi)至(zhi)這個不(bu)平衡(heng)量處(chu)于更低(di)位置時才靜止。

被平(ping)(ping)衡(heng)(heng)的(de)(de)(de)轉子(zi)放在(zai)(zai)用靜壓軸承支承的(de)(de)(de)支座(zuo)(zuo)(zuo)上，在(zai)(zai)支座(zuo)(zuo)(zuo)的(de)(de)(de)下(xia)面嵌裝一片反(fan)射(she)(she)鏡。當轉子(zi)不(bu)(bu)(bu)存在(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)時，由光源射(she)(she)出(chu)的(de)(de)(de)光束(shu)經此(ci)反(fan)射(she)(she)鏡反(fan)射(she)(she)后，投射(she)(she)在(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)指(zhi)示器(qi)的(de)(de)(de)極坐標(biao)原點(dian)。如果轉子(zi)存在(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)，則轉子(zi)支座(zuo)(zuo)(zuo)在(zai)(zai)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)重力矩作用下(xia)發生傾斜(xie)，支座(zuo)(zuo)(zuo)下(xia)的(de)(de)(de)反(fan)射(she)(she)鏡也隨之(zhi)傾斜(xie)并使(shi)反(fan)射(she)(she)出(chu)的(de)(de)(de)光束(shu)偏(pian)轉，這(zhe)樣(yang)光束(shu)投在(zai)(zai)極坐標(biao)指(zhi)示器(qi)上的(de)(de)(de)光點(dian)便離開原點(dian)。根據這(zhe)個光點(dian)偏(pian)轉的(de)(de)(de)坐標(biao)位置，可以得到(dao)不(bu)(bu)(bu)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)大小和位置。

重力式(shi)平衡(heng)機(ji)僅適(shi)用于(yu)某些平衡(heng)要求(qiu)不高的(de)盤狀(zhuang)零件。對于(yu)平衡(heng)要求(qiu)高的(de)轉子，一般采用離心式(shi)單面或雙面平衡(heng)機(ji)。

2. 離心式平衡機

離心式平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)是在(zai)轉子(zi)(zi)旋轉的(de)(de)狀(zhuang)態下，根據(ju)轉子(zi)(zi)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)引起的(de)(de)支承振(zhen)動(dong)(dong)，或作用(yong)于(yu)(yu)支承的(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)力來測(ce)(ce)量(liang)(liang)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)。其(qi)按校正平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)數量(liang)(liang)的(de)(de)不(bu)同，可(ke)分為單面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)和(he)雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。單面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)只能(neng)測(ce)(ce)量(liang)(liang)一(yi)個平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)面(mian)上(shang)的(de)(de)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)(靜不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng))，它(ta)雖然是在(zai)轉子(zi)(zi)旋轉時進行測(ce)(ce)量(liang)(liang)，但仍屬于(yu)(yu)靜平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。雙面(mian)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)能(neng)測(ce)(ce)量(liang)(liang)動(dong)(dong)不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，也能(neng)分別測(ce)(ce)量(liang)(liang)靜不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)和(he)偶不(bu)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)，一(yi)般稱為動(dong)(dong)平(ping)(ping)(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)(heng)機(ji)(ji)。

離心力式平衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)按支(zhi)承(cheng)特性不同，又可分(fen)為(wei)軟支(zhi)承(cheng)平衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)和硬(ying)支(zhi)承(cheng)平衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。平衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)轉速(su)高于轉子一(yi)(yi)支(zhi)承(cheng)系統固(gu)有(you)頻率的稱(cheng)(cheng)為(wei)軟支(zhi)承(cheng)平衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)。這種平衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)的支(zhi)承(cheng)剛(gang)度小，傳(chuan)感(gan)器檢測(ce)出的信(xin)號與(yu)支(zhi)承(cheng)的振(zhen)動位移成正(zheng)比(bi)。平衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)轉速(su)低於轉子一(yi)(yi)支(zhi)承(cheng)系統固(gu)有(you)頻率的稱(cheng)(cheng)為(wei)硬(ying)支(zhi)承(cheng)平衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)，這種平衡(heng)(heng)(heng)(heng)(heng)機(ji)的支(zhi)承(cheng)剛(gang)度大，傳(chuan)感(gan)器檢測(ce)出的信(xin)號與(yu)支(zhi)承(cheng)的振(zhen)動力成正(zheng)比(bi)。

平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)的(de)(de)主要性(xing)能(neng)用最小(xiao)可達(da)剩(sheng)余(yu)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)，和不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)減少(shao)率(lv)(lv)兩項(xiang)綜合(he)指標表示。前者(zhe)是平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)能(neng)使轉子達(da)到的(de)(de)剩(sheng)余(yu)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)的(de)(de)最小(xiao)值，它是衡(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)機(ji)更高(gao)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)能(neng)力的(de)(de)指標；后(hou)者(zhe)是經過一次校正后(hou)所減少(shao)的(de)(de)不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)與初(chu)始不平(ping)(ping)衡(heng)(heng)量(liang)(liang)之比，它是衡(heng)(heng)量(liang)(liang)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)效率(lv)(lv)的(de)(de)指標，一般用百分數(shu)表示。

在現代機械中，由于撓性轉子的廣泛應用，人們研制出了撓性轉子平衡機。這類平衡機必須在轉子工作轉速范圍內進行無級調速；除能測量支承的振動或振動力外，還能測量轉子的撓曲變形。撓性轉子平衡機有時安裝在真空防護室內，以適合汽輪機之類轉子的平衡，它配備有抽真空系統、潤滑系統、潤滑油除氣系統和數據處理用計算機系統等龐大的輔助設備。
  根據大批量生產的(de)需要，對特定的(de)轉子能自動(dong)完成(cheng)平(ping)(ping)衡測量和平(ping)(ping)衡校正的(de)自動(dong)平(ping)(ping)衡機(ji)(ji)，以及平(ping)(ping)衡自動(dong)線，現代已大量的(de)裝備在汽車制(zhi)造(zao)、電機(ji)(ji)制(zhi)造(zao)等工業部門(men)。

二(er). 平衡(heng)機常用術語(yu)解釋

1. 不平衡量

轉子某平面上不平衡量的量值大小，不涉及不平衡的角度位置。它等于不平衡質量和其質心至轉子 軸線的乘積，不平衡量單位是gmm或者gcm，俗稱“重徑積”。
2. 不平衡相位

轉子某平面上的不平衡質量相對于給定極坐標的角度值。
3. 不平衡度

轉子單位質量的不平衡量，單位是gmm/kg。在靜不平衡時相當于轉子的質量偏心距，單位為μm。
4. 初始不平衡量

平衡前轉子上存在的不平衡量。
5. 許用不平衡量

為(wei)保證(zheng)旋轉機(ji)械正常工作所允許(xu)的(de)轉子剩余不平(ping)衡(heng)量。該指標用不平(ping)衡(heng)度表示時(shi)，稱為(wei)許(xu)用不平(ping)衡(heng)度（亦稱許(xu)用不平(ping)衡(heng)率）。

6. 剩余不平衡量

平衡校正后轉子上的剩余不平衡量。
7. 校正半徑

校正平面上校正質量的質心到轉子軸線的距離，一般用mm表示。
8. 校正平面的干(gan)擾（相互影響）

在給定轉子某一校正面上不平衡量的變化引起另一校正平面上平衡機指示值的改變（有時稱為平面分離影響）
9. 轉子平衡品質

衡量轉子平(ping)衡優劣程度的指標。

G=eperω/1000

式中：G－轉子(zi)平(ping)衡品質(zhi)，單位mm/s。

          從G0.4-G4000分11級。
          eper－轉子允許的不平衡率gmm/kg或轉子質量偏心距μm
          ω－相應于轉子更高工作轉速的角速度＝2πn/60≈n/10，n為轉子的工作轉速r/min
10. 轉子單位質量的允許不平衡度（率）
        eper＝G×1000/n/10 

   ;      單(dan)位：gmm/kg或μm

11. 最(zui)小(xiao)可(ke)達剩余不平衡量（Umar）

最小可達剩余不平衡量（Umar）。單位是gmm。

其意義是指平衡機能使轉子達到的剩余不平衡量的最小值。是衡量平衡機更高平衡能力的性能指標。當該指標用不平衡度表示時，稱為最小可達剩余不平衡度。（單位gmm/kg）
12. 不(bu)平(ping)衡量(liang)減少率（URR）

經過一次平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)校正所減少的不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量與初(chu)始不平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)量之(zhi)比值(zhi)。它是(shi)衡(heng)(heng)量平(ping)(ping)(ping)衡(heng)(heng)機效(xiao)率的性能指標，以百分(fen)數表示：

 URR（％）＝（U1－U2）/U1＝（1－U2/U1）×100
       式中：U1－初始不平衡量            

U2－一次平(ping)衡校正(zheng)后的剩余不平(ping)衡量

13. 不平(ping)衡(heng)力偶干擾比

單面平衡(heng)(heng)機抑(yi)止不平衡(heng)(heng)力偶影響的性能指標。

轉子單位質量的不平衡量，單位是gmm/kg。在靜不平衡時相當于轉子的質量偏心距，單位為μm。
14. 校驗轉子

為(wei)校驗平(ping)衡機性能而設計的剛性轉(zhuan)子。其質量、大小、尺(chi)寸均有(you)規(gui)定，分(fen)立式(shi)和臥式(shi)兩種。立式(shi)轉(zhuan)子質量為(wei)1.1、3.5、11、35、110 kg。臥式(shi)轉(zhuan)子質量為(wei)0.5、1.6、5。16、50、160、500kg。

三. 平衡機的原理

平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)從原理方(fang)面可以分為硬支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)、軟支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)、半硬支(zhi)承(cheng)平(ping)衡(heng)機(ji)(ji)。

1. 硬(ying)支承平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)是平(ping)衡(heng)(heng)轉速(su)遠低于參振系統共振頻率(lv)的平(ping)衡(heng)(heng)機(ji)。平(ping)衡(heng)(heng)校驗時，支承擺架相對(dui)處于“硬(ying)”狀態(tai)，因此轉子(zi)可以在(zai)接(jie)近(jin)實際軸承條(tiao)件下進行平(ping)衡(heng)(heng)校正。具有操(cao)作簡便、安全(quan)性能好的特點(dian)。

2. 軟支(zhi)承(cheng)(cheng)平衡(heng)機是平衡(heng)轉速(su)大于參振系統共振頻率(lv)的(de)平衡(heng)機。平衡(heng)校(xiao)驗時，支(zhi)承(cheng)(cheng)擺(bai)架相對處于“軟”狀態，因此轉子校(xiao)驗平衡(heng)時。支(zhi)承(cheng)(cheng)條件與實(shi)際軸承(cheng)(cheng)工(gong)作條件不同。具有測量精度高的(de)特點。

3. 半硬支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機是平(ping)(ping)衡(heng)轉速在0.3~0.5倍參振(zhen)系統共振(zhen)頻率(lv)之(zhi)間的(de)平(ping)(ping)衡(heng)機。同時具有有硬支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機支(zhi)承(cheng)剛度(du)(du)高的(de)特點(dian)，又(you)有軟支(zhi)承(cheng)平(ping)(ping)衡(heng)機精度(du)(du)高的(de)優(you)點(dian)。

平(ping)衡(heng)(heng)機從應(ying)用方面分可(ke)分為立式平(ping)衡(heng)(heng)機和臥式平(ping)衡(heng)(heng)機；專用平(ping)衡(heng)(heng)機和通用平(ping)衡(heng)(heng)機。

臥(wo)式平衡(heng)機是被平衡(heng)轉子(zi)的(de)旋轉軸(zhou)在(zai)平衡(heng)機上呈水平狀(zhuang)態的(de)平衡(heng)機。適用于有轉軸(zhou)或可裝配(pei)工藝(yi)軸(zhou)的(de)轉子(zi)，如機床主軸(zhou)、滾筒(tong)、風機、增壓器、電機轉子(zi)、汽輪機等等。

立式平衡(heng)機是被平衡(heng)轉子的(de)旋轉軸(zhou)在平衡(heng)機上呈垂直(zhi)狀(zhuang)態下的(de)平衡(heng)機。適(shi)用于(yu)轉子本身不具轉軸(zhou)的(de)盤狀(zhuang)工件(jian)如離合(he)器、齒輪(lun)、風扇、壓(ya)盤及其總成、制(zhi)動盤、風葉、水(shui)泵葉輪(lun)、汽車飛(fei)輪(lun)、剎車轂、皮帶輪(lun)、砂(sha)輪(lun)等盤類(lei)零件(jian)。

通用(yong)平(ping)衡(heng)機是指能(neng)對形狀和支承形式(shi)比較規則的轉(zhuan)子進行動平(ping)衡(heng)的平(ping)衡(heng)機。通用(yong)平(ping)衡(heng)機操作簡單，效率也較高。

專用(yong)平衡(heng)機是能對支承形式和外觀與一般轉子不同的(de)(de)轉子進行平衡(heng)的(de)(de)平衡(heng)機，例如特(te)別針對發動機的(de)(de)曲(qu)軸，汽車的(de)(de)傳動軸進行設計(ji)的(de)(de)平衡(heng)機。功能專一。  

四(si). 動平(ping)衡加工的方法

在平衡機的轉子進行動平衡測量后，可根據需要對轉子進行加重法和去重法的對轉子進行平衡加工：
1. 加重法

即在不平衡的相反方向配上校正重塊。常用的方式有焊接、錫焊、鉚接、擰螺釘、配加重塊等。
2. 去重法

即在(zai)不平(ping)衡方向(xiang)去處一定的(de)重量。常用的(de)方式有：鏜削、鉆孔(kong)、鑿(zao)削、銑削、磨削等。  

五. 平衡精度等級

考慮到技(ji)術的(de)(de)先進(jin)性(xing)(xing)和經(jing)濟上的(de)(de)合理性(xing)(xing)，國(guo)際標(biao)準化組織(zhi)(ISO)于(yu)1940年制定了世界(jie)公認(ren)的(de)(de)ISO1940平(ping)(ping)衡(heng)等(deng)級(ji)，它將轉子平(ping)(ping)衡(heng)等(deng)級(ji)分為11個(ge)級(ji)別，每個(ge)級(ji)別間以2.5倍為增量，從(cong)要求(qiu)更(geng)高的(de)(de)G0.4到要求(qiu)更(geng)低的(de)(de)G4000。單位為公克×毫米/公斤(gmm/kg)，代表不平(ping)(ping)衡(heng)對于(yu)轉子軸心(xin)的(de)(de)偏心(xin)距離。